我国煤田大多数呈现高瓦斯、高应力、低透气性等特点,在逐渐深部开采过程中,地质条件变得更为复杂,严重影响煤矿内瓦斯气体预先抽采工作的有效进行。煤层瓦斯气体的渗透率是衡量瓦斯气体抽采成效的重要特征参数之一,因此,对煤层瓦斯抽采提高煤层透气性尤为重要。瓦斯渗透率不仅受外部条件(地应力、瓦斯压力等)的影响,还受本身内部结构特征因素影响。因为我国成煤历史过程中煤岩体自身结构、孔隙裂隙发育和变形程度等不同,很大水平上影响着煤岩体强度和力学变形特性,以致处于横纵层理方向上的煤层在力学特征和渗透率演变特性有着显著的差异。因而,基于层理结构(垂直、平行层理)的受载煤体瓦斯纵向渗流及声发射特性的研究刻不容缓。研究成果可对优化瓦斯抽采技术、瓦斯抽采钻孔布置、预测煤岩体失稳破坏等具有指导意义。主要研究内容如下:(1)综合考虑煤体内部孔隙裂隙结构的形成机理,针对不同层理原煤和型煤进行单轴下的基本力学及声发射特征分析,在抗压强度、弹性模量、峰值应变及声发射特征参数等方面均表现出明显的―层理效应‖。(2)不同层理煤样在不同围压作用下,含不同层理煤样的抗压强度、最大轴向应变均随着围压升高而增加,同一围压下,垂直层理煤样均大于平行层理煤样;随着围压升高垂直层理煤样的弹性模量增加,平行层理煤样的弹性模量受围压影响呈现出明显的离散性。含不同层理煤样煤样在偏应力-应变过程中,渗透率均呈现一个开口向左偏的―v‖字型,随着围压的升高在未达到最低点前的渗透率在同一轴向应变下均减少,处于同一围压下,垂直层理煤样的初始渗透率和最小渗透率均小于平行层理煤样。围压对煤样内部裂纹扩展具有约束作用,围压越大约束作用越强,声发射瞬时最大计数越小;平行层理煤样的裂纹扩展活动程度比垂直层理煤样活跃,声发射瞬时最大计数在同一围压下越大;煤体裂纹破坏过程中受围压约束而积聚的能量,在失稳破坏时会释放的能量,因此煤样破坏瞬时最大幅值、最大能量均随着围压的升高而增加,同一围压约束下,平行层理煤样裂纹破坏时释放能量较垂直层理煤样更容易,因此幅值、能量更小。(3)不同层理煤样在循环加卸载条件下,在加载阶段随着轴向应力的升高渗透率降低,在卸载阶段随着轴向应力的降低渗透率升高;实验共进行三次循环加卸载,每阶段的渗透率与轴向应力关系均呈负指数关系,随着加卸载次数的增加,初始渗透率与残余渗透率均降低,平行层理煤样在每阶段的初始渗透率与残余渗透率均大于垂直层理煤样;在卸载阶段,平行层理煤样比垂直层理煤样渗透恢复率高,在加载阶段与卸载阶段平行层理煤样的渗透率差值均大于垂直层理煤样,因此平行层理煤样渗透率敏感性更高。(4)不同层理煤样在气固耦合作用下,煤样渗透率随着体积应力的升高降低,体积应力与渗透率呈二次方程式关系。平行层理煤样最大体积应力与最小体积应力的渗透率差值及渗透率降低幅度在同一瓦斯压力作用时均高于垂直层理煤样;煤样渗透率随瓦斯压力增加不呈线性变化而是先减小后增大,存在临界瓦斯压力拐点,具有显著的Klinkenberg效应,曲线整体走势呈现一个―V‖字型,本实验中瓦斯临界值为1.2 MPa;同一体积应力、瓦斯压力下平行层理煤样的渗透率高于垂直层理煤样。(5)不同层理煤样在不同瓦斯压力作用时声发射特征:含不同层理煤样峰值强度均与瓦斯压力呈线性关系,随着瓦斯压力的增大而减小,煤样弹性模量均与瓦斯压力呈指数关系,随着瓦斯压力的增大而减小,同一瓦斯压力下,平行层理煤样抗压强度、弹性模量均小于垂直层理煤样;煤样的声发射瞬时声发射计数最大值、累计计数、瞬时最大能量、累计能量、瞬时最大幅值、累计幅值均随着瓦斯压力的增加而降低;同一瓦斯压力下,平行层理煤样的瞬时最大计数、累计计数、累计能量、累计幅值均大于垂直层理煤样,平行层理煤样的瞬时最大能量、瞬时最大幅值均小于垂直层理煤样;瓦斯压力的增加弱化含不同层理煤样声发射特性,平行层理煤样在破碎时产生裂纹时的声发射活动水平比垂直层理煤样强,垂直层理煤样失稳破坏时释放能量比平行层理煤样剧烈。